Исторические этапы развития метрологии

 

 

 

 

25. Абсолютная, относительная и приведенная  погрешности.

 Абсолютная погрешность — это разность между измеренным и действительным значениями измеряемой величины:

 (1)

где А_изм, А - измеряемое и действительное значения; ΔА - абсолютная погрешность.

Абсолютную  погрешность выражают в единицах измеряемой величины. Абсолютную погрешность, взятую с обратным знаком, называют поправкой.

Относительная погрешность р равна отношению абсолютной погрешности ΔА к действительному значению измеряемой величины и выражается в процентах:

 (2)

Приведенная погрешность измерительного прибора - это отношение абсолютной погрешности к номинальному значению. Номинальное значение для прибора с односторонней шкалой равно верхнему пределу измерения, для прибора с двусторонней шкалой (с нулем посередине) — арифметической сумме верхних пределов измерения:

 

 

 

 

 

 

 

26.Методическая, инструментальная и субъективная  погрешности.

Инструментальная погрешность  – обусловлена особенностями средства измерения, и с точностью градуировки шкалы, а также с улсловиями эксплуатации средства измерения. Инстр. погр. указана в паспорте на средство измерения и может быть выраженя в числовом значении. Методическая погрешность- обусловлена несовершенством применяемого метода измерения, и с точностью фукнкц. и математ. зависимостей, описывающих метод измерения, а также влияние параметров средств измерения на результат измерения.

Графики и формулы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

субъективная погрешность – обусловлена несовершенством органов зрения человека, производящего измерение (косоглазие). Для устранения этой погрешности средство измерения снабжается дополнительными зеркальными шкалами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27. Аддитивная  и мультипликативная погрешности.

Аддитивная погрешность  – составляющая погрешности, которая  при всех значениях входной измер. вел-ны Х приводит к изменению  значения выходной вел-ны У на одну и туже вел-ну, большую или меньшую  от номинального зн-ия. Мультипликативная  погрешность- составляющая погр-сти, пропорционально изменяющаяся по мере изменения измер. вел-ны Х во всем диапазоне ее значений.

Графики:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28. Основная  и дополнительная погрешности. 

Основная погрешность  – имеет место и характеризуется  нормальными условиями эксплуатации средства измерения (нормал. давление, температура, влажность, напряжение номинал.)

Дополнительная погрешность  – имеет местов условиях эксплуатации, отличающихся от нормального по температуре, влажности, давлении т..д.

 

29. Условные  обозначения, принятые в измерительной технике и системах автоматики.

На каждый прибор наносят  условные обозначения. Номенклатура,изображение  и месторасположения их на приборе  устанавливаются соответствующими нормативными документами. Как правило, на шкалах измерительных приборов приводятся основные условные обозначения, поясняющие:

единицу измеряемой величины;

диапазон измерений (верхний  и нижний предел измеряемой величины);

класс точности;

разновидность электроизмерительной системы;

тип прибора (например М2205);

условия размещения прибора  при измерениях;

величина напряжения, которым испытана изоляция прибора;

заводской номер и  год выпуска;

условные  обозначения, поясняющие род тока.

Дополнительные  условные обозначения:

типы преобразователей, с которыми может эксплуатироваться данный прибор;

защита от внешних  полей (электромагнитного и электростатического  поля);

условные  обозначения, характеризующие конструктивные особенности прибора;

дополнительные инструкции по эксплуатации.

30. Магнитоэлектрическая измерительная система.

1).Магнитоэлектрический измерительный прибор

Конструкция: постоянный магнит, рамка с током.

Принцип действия: магнитное поле постоянного магнита взаимодействует с катушкой, при протекании тока рамка стремится повернуться перпендикулярно к линиям магнитного поля, создается механический момент, который измеряется с помощью пружинных крутильных весов.

Достоинства:высокая точность на постоянном токе; равномерная шкала; внешнее магнитное поле оказывает малое влияние (сильное внутреннее МП); высокая чувствительность прибора;

легко компенсируется температурная погрешность.

Недостатки:плохо переносит перегрузки; сложность конструкции, дороговизна; работа только в цепях постоянного тока.

Уравнениепреобразования: , где

a – угол поворота стрелки,

B – магнитная индукция,

w – количество витков,

W–удельный момент сопротивления,

I – ток в рамке.

Область применения: амперметры, вольтметры,гальванометры,омметры

.Магнитоэлектрический логометр

Конструкция: постоянный магнит,2подвижныерамки, сцепленные между собой.

Принцип действия: катушки взаимодействуют с неравномерным полем постоянного магнита, возникающий в результате механические моменты катушек направлены встречно, подвижная система катушек поворачивается, пока не наступает равновесие, т. о. угол поворота стрелки, закрепленной на оси катушек, является функцией 2-х катушек.

Достоинства, недостатки: аналогично 1).

Уравнениепреобразования:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31.Электромагнитная  измерительная система.

Конструкция:неподвижный электромагнит, подвижный сердечник.

Принципдействия:по измерительной катушке пропускают ток, который создает МП, на подвижной системе закреплен стальной сердечник, взаимодействие которого с МП создает механический момент, измеряемый с помощью крутильных весов.

Достоинства: невысокая стоимость;

высокая надежность;высокая  перегрузочная способность;простота конструкции.

Недостатки:нелинейная шкала;

влияние внешнего МП;

сравнительно  невысокая точность;

низкая чувствительность.

Уравнение преобразования:

, где

a – угол поворота стрелки,

L – индуктивность катушки,

W–удельный момент сопротивления,

I – ток в рамке.

Область применения: щитовые амперметры, вольтметры на постоянном и переменном токе для частоты до 2-х кГц.

Электромагнитный  логометр

Конструкция:2 неподвижные катушки, 2подвижныхсердечника.

Принцип действия: моменты, возникающие в результате взаимодействия катушек со стальными сердечниками, направлены противоположно, указатель поворачивается под действием разности моментов, угол отклонения указателя зависит от токов катушек..

Уравнение преобразования:

Область применения: омметры, мегомметры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32.Электростатическая  измерительная система

Конструкция:подвижная и неподвижная пластины.

Принцип действия: в случае подачи напряжения меняется либо площадь взаимного перекрытия пластин, либо расстояние между пластинами.

Достоинства:не вносит погрешность на постоянном токе;

нет влияния  МП;без добавочного преобразователя  измеряет напряжение в несколько  сотен кВ.

Недостатки:только в качестве вольтметров;дороговизна;

чувствительность  к внешним механическим воздействиям.

Уравнение преобразования:

Область применения: вольтметры, на частотах 20-30 кГц.

 

 

33. Электродинаическая измерительная  система.

Конструкция:подвижная и неподвижная катушки.

Принцип действия: механический момент в системе катушек возникает в результате взаимодействия токов, протекающих в них, одна катушка закреплена неподвижно, вторая – на оси вместе с указателем, момент измеряется с помощью крутильных весов.

Достоинства:высокий класс точности (0,1%);возможность работы на частотах до 10-20 кГц.

Недостатки:нелинейная шкала;

сложность конструкции, дороговизна;

чувствительность  к внешним механическим воздействиям;

воздействие внешнего МП;

высокая потребляемая мощность.

Уравнение преобразования:

Область применения: только на переменном токе, в качестве амперметров, вольтметров, ваттметров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35.Выпрямительная  измерительная система.

Приборы представляют собой  соединение выпрямительного преобразователя  и магнитоэлектрического измерительного механизма с отсчетным устройством. В выпрямительных преобразователях в настоящее время используют полупроводниковые диоды. Недостатком полупроводниковых диодов как выпрямительных преобразователей является нелинейность вольтамперной характеристики, нестабильность этой характеристики во времени и зависимость ее от температуры и частоты.

В выпрямительных приборах используют одно- или двухпериодные схемы выпрямления. При использовании схемы однополупериодного выпрямления через измерительный механизм проходит только одна полуволна переменного тока, а обратная – пропускается через диод и резистор. Цепь из диода и резистора используют для выравнивания обеих полуволн тока в общей цепи,  а также для защиты от пробоя диода при обратной полуволне напряжения.

Выпускаемые в настоящее  время выпрямительные приборы могут  практически применяться только для измерения синусоидальных токов и напряжений из-за большого влияния формы кривой.

Выпрямительные приборы  в большинстве случаев выполняют  многопредельными и комбинированными. Этими приборами путем переключения элементов прибора с помощью  переключателей можно измерять как постоянные, так и переменные токи и напряжения , а также измерять сопротивления по схеме омметра. Из-за нелинейности вольтамперных характеристик диодов при малых значений переменных токов шкала в начальной части неравномерная.

Основными достоинствами выпрямительных приборов - высокая чувствительность , малое потребление мощности от измеряемой цепи, возможность работы на повышенных частотах. Точность выпрямительных приборов сравнительно невысока - класс точности обычно 1,5;2,5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34.Ферродинамичекая  измерительная система.

В приборах, предназначенных  для работы в условиях вибраций, тряски и ударов, находят применение ферродинамические измерительные  механизмы, отличающиеся от рассмотренных  электродинамических 'измерительных  механизмов тем, что у них неподвижные катушки расположены на сердечнике из ферромагнитного материала. Это приводит к значительному увеличению вращающего момента и уменьшению влияния внешних магнитных полей. Однако наличие в измерительном механизме нелинейного элемента (магнитопровода) снижает точность приборов. В ферродинамических измерительных механизмах сердечники набираются из пластин, которые выполняются из электротехнических сталей или из пермаллоев. Для уменьшения погрешностей от вихревых токов пластины изолируются друг от друга. Из тех же соображений подвижные катушки выполняются бескаркасными. Для успокоения в большинстве случаев применяются магнитоиндукционные успокоители.

Вращающий момент ферродинамического измерительного механизма возникает  в результате взаимодействия подвижной катушки с током и потока, создаваемого неподвижными катушками. Если магнитное поле в воздушном зазоре радиально, то для определения мгновенного значения вращающего момента M_t можно воспользоваться выражением (3.6). При этом будем иметь

где B_t — мгновенное значение магнитной индукции в воздушном зазоре; s₂, ω₂, i₂ — соответственно площадь, число витков и ток подвижной катушки.

Из-за своей инерции  подвижная часть будет реагировать  на среднее значение момента

  (3.18)

где В и I₂ — действующие значения соответственно индукции в воздушном зазоре и тока в подвижной катушке.

Если допустить, что  при работе используется линейный участок  кривой намагничивания материала сердечника, то можно написать

 

где k₁ — коэффициент, зависящий от выбора системы единиц и конструктивных параметров измерительного механизма.